Additifs réducteurs de perte de charge en écoulement

Drag Reducer Additives

Institut Français du Pétrole

Auteur de correspondance : benjamin. herzhaft@ifp. fr

Résumé

Les additifs dits réducteurs de perte de charge les plus courants sont des solutions diluées de polymères, mais il existe d'autres types d'additifs, comme des particules solides (fibres) ou des tensioactifs (sous forme de micelles cylindriques). Ces additifs en concentration infinitésimale agissent en régime turbulent et peuvent diminuer les pertes de charge en écoulement jusqu'à 80 % par rapport au solvant pur. Leur mécanisme d'action n'est pas clairement établi, mais c'est en interagissant avec la structure de la turbulence que ces additifs vont réduire la dissipation d'énergie et donc les pertes de charge. Entre deux régimes limites - un régime sans drag reducers et le régime asymptotique où la réduction de frottement est maximale - existe un régime intermédiaire où la réduction de frottement va dépendre des caractéristiques de l'écoulement et du type d'additif. Ce régime est caractérisé par l'apparition d'une couche intermédiaire élastique entre la couche visqueuse pariétale et le noyau turbulent de l'écoulement. Des comportements différents peuvent être observés suivant la conformation des additifs macromoléculaires. L'extension des molécules en pelotes, et/ou l'alignement des polymères étendus (ou des autres additifs anisotropes) dans l'écoulement sont caractéristiques de ce phénomène de réduction de frottement.

Abstract

Drag Reducer Additives (DRA) are mostly dilute polymeric solutions, but other kinds of additives exist, as solid particles (fibers) or tensioactive molecules (in cylindrical micelle form). These additives, present in very low concentration, act in turbulent flow regime and may decrease the flowing pressure loss by a factor up to 80% when compared to pure solvent. Their mechanism is not clearly identified but through interaction with the turbulence structure, these additives will reduce energy dissipation and thus decrease pressure losses. Between two limit regimes-a regime without drag reducer and an asymptotic regime where drag reducing is maximal-an intermediary regime exists where drag reducing will depend on flow characteristics and additive kinds. This intermediary regime is characterized by the existence of an elastic layer between the parietal viscous layer and the turbulent core. Different behaviors may be observed depending on the conformation of the macromolecular additives. Extension of coiled molecules and/or alignment of extended polymers (or other anisotropic additives) in the flow are characteristic of this drag reducing phenomenon.